(57)【要約】 【課題】   水素を貯蔵し輸送するには、圧力容器や低温容器や水素吸蔵合金が必要であるという問題があった。化学薬品による殺菌は、中和塩を生じたり副作用があるという問題があった。水素イオン粉末は、これまでに製造されたことがなかった。【解決手段】  水又は純水を電気分解して得られた酸性水から水分を除去し、乾燥させて得たことを特徴とする水素イオンＨ+粉末。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水又は純水を電気分解して得られた酸性水から水分を除去し、乾燥させて得たことを特徴とする水素イオンＨ+粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
水又は純水の電気分解により得られた酸性水から水分を除去し、乾燥させて得た水素イオン粉末に関する。 
【背景技術】
【０００２】
従来、水素を貯蔵し、輸送する方法としては、（１）気体水素として高圧ガス容器を用いる方法や、（２）液体水素としてタンクを用いる方法や（３）金属水素化物として水素吸蔵合金を用いる方法がある。（たとえば非特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、（１）気体水素として高圧ガス容器を用いる方法では、取り扱いが容易であるが、加圧装置や圧力容器を必要とし、また圧力容器の重量が大きいという問題があった。また、（２）液体水素としてタンクを用いる方法では、水素を液化する必要があり、低温容器や液化装置を要するという問題があった。さらに、（３）金属水素化物として水素吸蔵合金を用いる方法では、安全性は高いが、水素吸蔵合金が重いことや水素を取り出す際に加熱が必要であるという問題があった。
【０００４】
従来、水の電気分解は効率を優先して行われてきた。たとえば、水の電気分解は分解電圧1.23Ｖに近いほど効率が高いので、電解槽内にKOHなどの電解質を入れて、抵抗率を低くして行うことが通例であった。
【０００５】
しかし、電解質たとえばKOHを用いて水を電気分解すると酸性水とアルカリ水にカリウムイオンK+が不純物として含まれてしまう。また、排水を塩酸HCl等で中和しても中和塩KClが排水に含まれて、環境を汚染してしまう問題があった。
【０００６】
このため、我々は電解質すなわち不純物を減らすために、電解質を添加しないで純水を電気分解する方法を検討し、その方法を開発した。（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００７】
一般に、純水もわずかであるが、次のように電離して、電離平衡に達している。H2O<->H+ + OH- このとき、それぞれの間には次の関係がある。[H+][OH-]/[H2O]=K(mol/l)  ここで、[H+]は水素イオンのモル濃度、[OH-]は水酸化物イオンのモル濃度、[H2O]は水分子のモル濃度である。水はごくわずかしか電離していないから、[H2O]は一定と見なせるので、次式が成り立つ。[H+][OH-]=K[H2O]=Kw    このKwを水のイオン積といい、一定温度では一定値をとる。たとえば、２５℃では1.0e-14（mol/l)2である。
【０００８】
水の中では[H+]と[OH-]は等しく、25℃では[H+]=[OH-]=1.0e-7(mol/l)である。水のイオン積が一定であることは、水溶液中の[H+]と[OH-]が異なっていても成立する。水素イオン指数pHはｐＨ=-log[H+]で与えられる。純水の電気抵抗率は1.0e+5（Ωｍ）であり、絶縁体（ρ＞1.0e+4（Ωｍ））の範囲にある。
【０００９】
有隔膜電解槽を用いて、純水を電気分解する際に、白金陽極及び陰極の表面では次のような現象が起こると考えられる。
【００１０】
電源の正極に接続された白金陽極表面の近くで水分子H2Oは、水素イオンH+と水酸化物イオンOH-に分かれる。水酸化物イオンOH-は酸素イオンO2-と水素イオンH+に分離する。水素イオンH+は静電的クーロン斥力を感じて陽極から遠ざかる。酸素イオンO2-は静電的クーロン引力を感じて陽極に近付く。酸素イオンO2-が白金表面から５０（オングストローム）以下の距離に近づくと、酸素イオンO2-の最外殻電子軌道の電子e-は、白金原子Ptの最外殻電子軌道へと量子力学的トンネル効果により遷移する。同時に、酸素イオンO2-は原子状酸素Oとなり、白金陽極表面に、吸着されて、白金と活性錯体を作る。白金表面の原子状酸素同志は電子のスピン磁気モーメントにより磁気的クーロン引力を生じて互いに引き合い、近づいて結合し、酸素分子O2になり白金表面から離脱する。
【００１１】
電源の負極に接続された白金陰極表面の近くで、水分子H2Oは水酸化物イオンOH-と水素イオンH+に分離する。水酸化物イオンOH-は静電的クーロン斥力を感じて陰極から遠ざかる。水素イオンH+は静電的クーロン引力を感じて陰極に近付く。白金陰極表面から50（オングストローム）以下の距離に水素イオンH+が近付くと、白金原子Ptの最外殻電子軌道にある電子e-は量子力学的トンネル効果により、水素イオンH+の最外殻電子軌道へと遷移する。電子e-を受けとった水素イオンH+は原子状水素Hになり、白金表面に吸着されて、白金と活性錯体を作る。白金陰極表面にある２つの原子状水素Hは電子のスピン磁気モーメントにより磁気的クーロン引力を生じて互いに引き合い、近付いて結合し、水素分子H2になり白金表面から離脱する。
【００１２】
電気分解の途中では、陽極の近くに水素イオンH+が多く存在し、陰極の近くには水酸化物イオンOH-が多く存在する。従って、陽極の近くでは強いアルカリの14ｐＨとなり、陰極の近くでは強い酸の0ｐＨであり、陽極と陰極の中央にある隔膜の近くでは中性の7ｐＨというようなｐＨの分布が存在している。pHの分布は電位分布に対応している。
【００１３】
電解質を添加しないで純水を電気分解した場合には、陽極近くには水酸化物イオンOH-と水分子H2Oからなるアルカリ水が得られ、陰極付近には水素イオンH+と水分子H2Oからなる酸性水が得られる。
【００１４】
従来、水の電気分解により得られた酸性水中には水素イオンH+が存在していることは知られていた。しかし、水素イオン粉末は、これまでに製造されたことがなかった。
【００１５】
一般に、細菌は5ｐＨ〜９ｐＨが生息域であり、カビは2ｐＨ〜８ｐＨが生息域であることが知られている。（たとえば非特許文献２参照。）。従って、強い酸やアルカリは殺菌剤または防カビ剤として利用できることがわかる。
【００１６】
最近の研究によれば、電解還元水(アルカリ水）が強い活性酸素消去能力を持ち、活性酸素によるDNA損傷を顕著に抑制すること、電解還元水(アルカリ水）を含む培地では肺ガン細胞および子宮頸部ガン細胞の増殖が抑制されること、電解還元水（アルカリ水)によってガン細胞が死滅することが報告されている。（たとえば非特許文献３参照。）。
【特許文献１】特願2004-049052
【非特許文献１】水素エネルギー最先端技術、太田時男  監修、ＮＴＳ、1995年、176P
【非特許文献２】http://www.mokk.co.jp/tyou/tyou3.html
【非特許文献３】http://www.dosukoi.com/oxygenradical/index.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
水素を貯蔵し輸送するには、圧力容器や低温容器や水素吸蔵合金が必要であるという問題があった。化学薬品による殺菌は、中和塩を生じたり副作用があるという問題があった。水素イオン粉末は、これまでに製造されたことがなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
純水または水を電気分解して酸性水を作り、酸性水から水分を除去し、乾燥させることにより水素イオンの粉末を得る。
水素イオン粉末とは水素イオンH+を含む粉末のことをいう。
水酸化物イオン粉末とは水酸化物イオンOH-を含む粉末のことをいう。
アルカリ水とは水を電気分解するときに陰極付近に生じるアルカリ性の水のことをいう。
酸性水とは水を電気分解するときに陽極付近に生じる酸性の水のことをいう。
【００１９】
水素イオン粉末の純度は、酸性水の純度に比例することから、電解質を入れないで水又は純水を電気分解することにより酸性水を得ることが望ましい。
酸性水の水素イオンH+の濃度は、ｐＨ値が小さいほど高くなるので、酸性水のｐＨ値は６以下であればよく、５以下が望ましく、４以下がさらに望ましい。
酸性水から水分を除去する方法としては、加熱することが望ましいが、冷凍乾燥や真空乾燥などを用いることもできる。
電気分解に用いる水に含まれている不純物は、水素イオン粉末の純度を低下させる原因になる。たとえば、水道水には水質基準を満たす0.2ｇ／ｌ以下の不純物が含まれており、この不純物はそのまま水素イオン粉末の不純物になる。従って、電気分解に用いる水は、不純物を含まない純水が望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
水素を貯蔵及び輸送するために利用できる。電池に利用できる。殺菌剤や防カビ剤として利用できる。薬剤合成に利用できる。触媒として利用できる。加熱剤として利用できる。アルカリの中和剤として利用できる。実験室ベースで簡易に、極限での効能が確認できる。加える水の量により、容易にｐＨ調節ができる。粉末なので運搬及び、保管が楽である。毒物を含まないので環境によい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
電解質を添加しないで純水を電気分解して酸性水を得て、この酸性水から水分を除去し、乾燥させることにより、水素イオン粉末を製造することができた。
【実施例１】
【００２２】
電解質を添加しないで純水を電気分解することにより、アルカリ水と酸性水を得た。容積５００ｃｃのガラス容器に３００ｃｃの酸性水をいれて、ヒーターの上において加熱し煮沸した。水分が蒸発して酸性水が１００ｃｃだけ減少するごとに、100ｃｃの酸性水を継ぎ足した。蒸発した酸性水は、4.81ｐＨ+-0.15pHで29.5℃の酸性水719ｃｃと4.670ｐＨ+-0.15pHで29.5℃の酸性水265ｃｃであった。その後ガラス容器の底に薄く白い粉が付着しているのが見えた。
【００２３】
蒸発残留物の重さは、6ｍｇ+-1ｍｇであった。Ｈ+水素イオンの1molの重さを１ｇと仮定すると、4.81ｐＨで29.5℃の酸性水719ｃｃと4.670ｐＨで29.5℃の酸性水265ｃｃの中には水素イオンは1.68e−5 mol入っているので、１.68e-5ｇが入っていると推定される。従って、水素イオンの粉末の純度は０．3 wt％であり、９９．7 wt％の不純物を含んでいることが分かる。
【００２４】
ガラス容器の底の白い粉の上に一滴の純水を垂らしてから、その上に8ｘ8ｍｍに切り取ったｐＨ試験紙（ADVANTEC WHOLE RANGE 0-14pH試験紙)をのせてｐＨを測定すると、4ｐＨに見えた。この試験紙を以下では、試験紙１と呼ぶことにする。ガラス容器に蓋をしてそのまま置いた。
【００２５】
１日後、試験紙１は、2ｐＨの色に見えた。再度、ガラス容器の底の白い粉の上に一滴の純水を垂らしてから、その上に8ｘ8ｍｍに切り取ったｐＨ試験紙をのせてｐＨを測定すると、4ｐＨに見えた。この試験紙を試験紙２と呼ぶことにする。ガラス容器に蓋をしてそのまま置いた。２日後、同様にして試験紙を入れると4ｐＨに見えた。３日後、試験紙１と２は0ｐＨの色に見えた。
これより、加熱により水分は蒸発するが、Ｈ+イオンは蒸発しないことがわかった。
【実施例２】
【００２６】
電解質を添加しないで純水を電気分解することにより、アルカリ水と酸性水を得た。５００ｃｃのガラス容器に３００ｃｃの酸性水をいれて、ヒーターの上において、加熱し煮沸した。水分が蒸発し、酸性水が１００ｃｃだけ減少するごとに、100ｃｃの酸性水を継ぎ足した。蒸発した酸性水は、3.828pH+-0.15で29℃の酸性水840ccと4.342pH+-0.15で29℃の酸性水660ccであった。その後ガラス容器の底に薄く白い粉が付着しているのが見えた。
【００２７】
蒸発残留物の重さは、23ｍｇ+-1ｍｇであった。Ｈ+水素イオンの1molの重さを１ｇと仮定すると、3.828pHで29℃の酸性水840ccと4.342pHで29℃の酸性水660ccの中には水素イオンは1.5e−4 mol入っているので、１.5e−4 ｇが入っていると推定される。従って、水素イオンの粉末の純度は０.7 wt％であり、９９．3 wt％の不純物を含んでいることが分かる。
【００２８】
ガラス容器の底の白い粉の上に一滴の純水を垂らしてから、その上に8ｘ8ｍｍに切り取ったｐＨ試験紙（ADVANTEC WHOLE RANGE 0-14pH試験紙)をのせてｐＨを測定すると、4ｐＨに見えた。１日後、同様にして試験紙を入れると4ｐＨであった。２日後、同様にして試験紙を入れると4ｐＨであった。
【実施例３】
【００２９】
電解質を添加しないで水道水を電気分解することにより、アルカリ水と酸性水を得た。５００ｃｃのガラス容器に３００ｃｃの酸性水をいれて、ヒーターの上において、加熱し煮沸した。水分が蒸発し、酸性水が１００ｃｃだけ減少するごとに、100ｃｃの酸性水を継ぎ足した。蒸発した酸性水は、3.1618pH+-0.15pHで29℃の酸性水360ccと3.380pH+-0.15pHで29℃の酸性水480ccであった。その後ガラス容器の底に薄く白い粉が付着しているのが見えた。
【００３０】
蒸発残留物の重さは、136ｍｇ+-1ｍｇであった。Ｈ+水素イオンの1molの重さを１ｇと仮定すると、3.1618pHで29℃の酸性水360ccと3.380pHで29℃の酸性水480ccの中には水素イオンは4.48e−4 mol入っているので、4.48e−4 ｇが入っていると推定される。従って、水素イオンの粉末の純度は 0.3 wt％であり、９９．7 wt％の不純物を含んでいることが分かる。
【００３１】
ガラス容器の底の白い粉の上に一滴の純水を垂らしてから、その上に8ｘ8ｍｍに切り取ったｐＨ試験紙（ADVANTEC WHOLE RANGE 0-14pH試験紙)をのせてｐＨを測定すると、0ｐＨに見えた。１日後、同様にして試験紙を入れると0ｐＨに見えた。２日後、同様にして試験紙を入れると0ｐＨに見えた。
【実施例４】
【００３２】
大気圧において100℃で水素イオン粉末は蒸発しないで、ガラス容器の底にくっついたままであり、占有体積も小さいことから、圧力容器あるいは水素吸蔵合金を用いなくても、水素の貯蔵が可能となる。
【実施例５】
【００３３】
水素イオンH+と水酸化物イオンOH-の中和熱は、1mol当り
H+ + OH- -> H2O + 35 kcal  であるから、この中和熱を利用して物を加熱することもできる。
【実施例６】
【００３４】
強い酸であると考えられる水素イオン粉末は殺菌剤または防カビ剤として利用できる。さらに水酸化物イオン粉末と組み合わせれば、殺菌した後に直ちに中和することにより、水分子が発生するだけであり、従来の酸とアルカリを用いる薬剤のような副作用は生じることがないと言う長所があるために、農薬として、または人体内部の殺菌にも使用できる。
【００３５】
農地に水素イオン粉末（または水酸化物イオン粉末）を散布して土壌を消毒し、水酸化物イオン粉末（または水素イオン粉末）を散布して中和することにより、水ができるだけであるから、従来の化学薬品に伴う副作用のような薬害のない消毒が可能となる。
【００３６】
腎臓透析において、血液中の病原性ウイルスを水素イオン粉末（または水酸化物イオン粉末）で殺菌し、水酸化物イオン粉末（または水素イオン粉末）で中和し、中和熱を外部から冷却することで、従来の化学薬品とは異なり、副作用のない治療を行うことができる。ただし、蒸留水中では赤血球が破裂するので、0.9％食塩水（生理食塩水）の投与と等しくなるように、中和時に食塩を添加する必要がある。
【００３７】
ガン細胞に対して、強い薬品を投与できれば、ガン細胞は死滅すると考えられるが、従来まで人体内部に強い薬品を投与することはできなかった。しかし、水酸化物イオン粉末（または水素イオン粉末）を人体内部のガン細胞に局所的に投与した後、ただちに水素イオン粉末（または水酸化物イオン粉末）で中和し、水を生成させることにより、副作用のない安全な治療を行うことができる。ただし、蒸留水中では赤血球が破裂するので、0.9％食塩水（生理食塩水）の投与と等しくなるように、中和時に食塩を添加する必要がある。
【実施例７】
【００３８】
電解質を添加しないで純水を電気分解して得られた酸性水の中で、水素イオン同志に働く力としては、電気的クーロン力、万有引力、重力の３つがあると考えられるが、この中で万有引力と重力は、電気的クーロン力に比べて十分に小さく無視できる。電気的クーロン力は反発力となるので、水素イオン同志は水中で互いに遠ざかると考えられる。水分子H2Oは弱く分極しており、水分子の酸素原子Oはマイナスの電気を帯びており、水分子の水素原子Hはプラスの電気を帯びている。このため水素イオンH+には水分子が近づいてくる。従って水分子の酸素原子Oが水素イオンH+を取り囲み、水分子H2Oが水素イオンH+の周りに集まってクラスターを形成すると考えられる。
【００３９】
分子の重さに着目すると、水素イオンH+の分子量は１、水素分子H2は２、水H2Oは１８である。比重の軽いものは水に浮くと考えられること及び、水素分子よりも水素イオンの方が軽いことから、煮沸をすれば、ただちに水素イオンは蒸発するのではないかと、初め発明者らは考えていた。一般に分子量の小さな物質は沸点が低いといわれていることや、水素イオン同志は電気的クーロン斥力により、互いに反発していると考えられるので、水素イオンの集合体は沸点が低いものと考えた。
【００４０】
しかし、酸性水の煮沸により酸性水のｐＨ値が小さくなり、水素イオン濃度が高くなることと、煮沸中の水蒸気にｐＨ試験紙をさらして、濡らすと７ｐＨ（中性）を示したことから、水素イオンは蒸発していないことがわかった。このことは、水素イオンの集合体の沸点が１００℃以上であることを示していると思われる。
【００４１】
この事実は、比重による説明と一致しなかったので、水の表面張力が水素イオンの蒸散を妨げているのではないかと発明者らは考えた。この考え方に従えば、水がまったくなくなると、水の表面張力も消滅し、水素イオンは水素ガスのように蒸散してしまうはずである。従って、水素イオンがなくなれば、ｐＨ試験紙は７ｐＨの中性を示すものと考えた。
【００４２】
これを確かめるために、酸性水を煮沸した後、十分に乾燥させた。ビーカーの底に純水を一滴垂らしてからｐＨ試験紙を置くと、中性でなくて酸性を示した。従って、水素イオンＨ+は水がまったくなくなってもビーカーの底に残留したままであることがわかった。この事実は、表面張力による説明と一致しなかった。しかし、確かに酸性を示しており、また逆に酸性を示す要因は水素イオンの他になかった。
【００４３】
水素イオンまたは陽子の粉末が得られたという現象は、理論的に説明することができなかった。また、発明者らが調べた範囲ではどの文献にも記載がなかったので、一つの発見である。
【００４４】
水素イオンＨ+または陽子の粉末は、大気圧で１００℃以下で安定であり、体積も小さく軽く持ち運びに便利である。たとえば、水素吸蔵合金としてパラジウムPdを例にとると、PdHは分子量が107である。PdHの結晶格子のPdサイトがHサイトで置き変わるとすれば、HHの分子量は2であるので、重量は、50分の１に軽くなる。同時にパラジウムPdの原子半径よりも水素Hの原子半径が小さいから、体積も小さくできる。